Une batterie de voiture électrique au lithium-ion qui s'est fissurée après une charge rapide standard de l'industrie. Crédit :Ozkan Lab/UCR
Les bornes de recharge rapide commerciales soumettent les batteries de voitures électriques à des températures élevées et à une résistance élevée qui peuvent les faire craquer, fuir, et perdent leur capacité de stockage, écrire des ingénieurs à l'Université de Californie, Riverside dans une nouvelle étude publiée dans Stockage d'Energie . Pour y remédier, les chercheurs ont développé une méthode de chargement à des températures plus basses avec moins de risques de dommages catastrophiques et de perte de capacité de stockage.
Mihri Ozkan, un professeur de génie électrique et informatique et Cengiz Ozkan, professeur de génie mécanique au Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering, a dirigé un groupe qui a chargé un ensemble de batteries lithium-ion cylindriques Panasonic NCR 18650B déchargées, trouvé dans les voitures Tesla, en utilisant la même méthode de charge rapide de l'industrie que les chargeurs rapides trouvés le long des autoroutes.
Ils ont également chargé un ensemble à l'aide d'un nouvel algorithme de charge rapide basé sur la résistance interne de la batterie, qui interfère avec la circulation des électrons. La résistance interne d'une batterie fluctue en fonction de la température, état de charge, âge de la batterie, et d'autres facteurs. Une résistance interne élevée peut causer des problèmes pendant la charge.
La méthode de charge UC Riverside Battery Team est un système adaptatif qui apprend de la batterie en vérifiant la résistance interne de la batterie pendant la charge. Il se repose lorsque la résistance interne entre en jeu pour éliminer la perte de capacité de charge.
Pour les 13 premiers cycles de charge, les capacités de stockage des batteries pour les deux techniques de charge sont restées similaires. Après ça, cependant, la technique de charge rapide de l'industrie a entraîné une diminution de la capacité beaucoup plus rapide :après 40 cycles de charge, les batteries n'ont conservé que 60 % de leur capacité de stockage. Les batteries chargées à l'aide de la méthode de charge par résistance interne ont conservé plus de 80 % de leur capacité après le 40e cycle.
A 80% de sa capacité, les batteries lithium-ion rechargeables ont atteint la fin de leur durée de vie dans la plupart des cas. Les batteries chargées à l'aide de la méthode de charge rapide de l'industrie ont atteint ce point après 25 cycles de charge, tandis que les batteries de méthode de résistance interne étaient bonnes pour 36 cycles.
Différence de capacité de charge de l'industrie par rapport aux batteries de véhicules électriques chargées par résistance interne. Crédit :Sébastien et. Al.
"La charge rapide industrielle affecte négativement la durée de vie des batteries lithium-ion en raison de l'augmentation de la résistance interne des batteries, qui à son tour génère de la chaleur, ", a déclaré le doctorant et co-auteur Tanner Zerrin.
Pire, après 60 cycles de charge, les boîtiers de batterie de la méthode de l'industrie craqués, exposer les électrodes et l'électrolyte à l'air et augmenter le risque d'incendie ou d'explosion. Des températures élevées de 60 degrés Celsius/140 degrés Fahrenheit ont accéléré à la fois les dommages et les risques.
"Perte de capacité, dommages chimiques et mécaniques internes, et la chaleur élevée de chaque batterie sont des problèmes de sécurité majeurs, d'autant plus qu'il y en a 7, 104 batteries lithium-ion dans une Tesla Model S et 4, 416 dans une Tesla Model 3, ", a déclaré Mihri Ozkan.
La charge de résistance interne a entraîné des températures beaucoup plus basses et aucun dommage.
"Notre algorithme de charge rapide adaptatif alternatif a réduit la décoloration de la capacité et éliminé les fractures et les changements de composition dans les cellules de la batterie commerciale, " a déclaré Cengiz Ozkan.
« La charge rapide adaptative proposée offre une nouvelle perspective pour la conception d'une technologie de charge rapide pour les véhicules électriques avec de meilleures performances de sécurité et une durée de vie de la batterie plus longue, " Bo Dong, a déclaré un doctorant et co-auteur de l'article.
Les chercheurs ont déposé une demande de brevet sur l'algorithme de charge rapide à résistance interne adaptative qui pourrait être concédé sous licence par les fabricants de batteries et de voitures. En attendant, l'équipe UCR Battery recommande de minimiser l'utilisation de chargeurs rapides commerciaux, recharge avant que la batterie ne soit complètement déchargée, et éviter la surcharge.
